為什麼說歐幾里得是人類文明史上一顆璀璨明星?


導語:有人說過這樣一句話:"任何學科上的問題如果追根到底都會變成數學問題",數學作為一種工具、一種瞭解世界的手段,我們通過數學知識以及數學中的思想去解決一個個世紀難題,例如牛頓的《自然哲學的數學原理》中提出的微積分便是人類文明史上的一個偉大的發明。縱觀數學的發展史,出現了一些具有時代意義的輝煌人物,歐幾里得便是其中之一。愛因斯坦曾說過如果有一個人讀了歐幾里得的《幾何原本》還不能激起他對科學探索的樂趣的話,這個人便不具備科學探索的天賦。就連牛頓也曾表明《自然哲學的數學原理》受到了歐幾里得的深刻影響。對於歐幾里得,每個學過幾何知識的人想必或多或少都曾聽說過,事實上幾何知識中我們隨處可見歐幾里得的影子,那麼歐幾里得究竟為什麼對於數學影響被刻在數學史上呢?他對於數學這門學科影響是什麼?同時他又是如何通過數學來影響世界的呢?

人類是如何認識自然的?

為什麼說歐幾里得是人類文明史上一顆璀璨明星?

(圖1 勾股定理的幾何圖示)


人類對於大自然最初的認識是直觀的,我們通過感官獲得信息,處理信息,理解信息來認識這個世界。根據視覺獲得的信息,我們發展出了象形文字,並通過象形文字來表達語義,隨著人類文明的發展,我們接觸的信息越來越多,需要表達和理解的東西越來越多,我們開始尋早不同的方法來表達和處理我們從大自然獲得的信息,例如漢字的構造法的發展、科學的發展,我們通過不同的角度去觀察世界,去思考這個世界事物以及它是如何發展的。數學中的幾何學便是一種我們認識世界的方法之一。

為什麼幾何學被視為數學的根本?

為什麼說歐幾里得是人類文明史上一顆璀璨明星?

(圖2 直觀的幾何圖示)


正如人類一開始是如何認識自然一樣,數學最初發展也是直觀的,我們通過雙手與計數聯繫在一起,直觀地表達數目,逐漸形成早期的直觀數學。幾何學便是早期數學的代表之一。

在幾何學中我們發展出了系統而又嚴謹的邏輯框架與證明方法,從簡單地獲取信息、理解信息轉向根據邏輯證明方法,通過不證自明的事實推導出未知的事實以及證明事實存在的合理性與真實性。可以說,幾何學是人類思維進步的具有里程碑意義的一門學科。

為什麼歐幾里得被稱作幾何學之父?

為什麼說歐幾里得是人類文明史上一顆璀璨明星?

(圖3 歐幾里得人物像)


談起幾何學我們就不得不提起被譽為幾何學之父的歐幾里得與他的著作《幾何原本》,《幾何原本》給幾何學奠定了基礎,在人類思維發展的歷史中留下了不可磨滅的痕跡,在至今我們仍然運用這些思維方法去認識世界,解決世界上的問題,甚至我們生活中也充滿著歐幾里得的思想,歐幾里得給我們提供了一種認識這個世界的方法,讓我們意識到我們生活的這個世界是多麼的美妙與充滿奇蹟。


在歐幾里得時期之前,關於幾何學的知識雖然已經出現了不少,但其存在仍是處於一盤散沙的狀態,而且知識被貴族階段所壟斷。歐幾里得作為幾何學的集大成者,他經過長期的努力將之前存在以及他所領悟的幾何知識系統地彙編成一本經典著作--《幾何原本》,並在這個基礎上發展出了歐幾里得幾何學。從我們接觸幾何學知識開始起,我們的學習生活中就充滿了《幾何原本》中的定理與幾何思想。


"三角形的內角和為180度"、"三角形中兩角之和大於第三角"、"大邊對大角,小邊對小角"等等,這些我們耳熟能詳的定理便出自於歐幾里得所創作的《幾何原本》裡,在我們的現實生活中,我們往往理所當然地應用這些定理,然而為什麼這些結論是正確的呢?我們是通過什麼證明方法去證明它就是正確的呢?當我們被問及這樣的問題的時候,我們一般會脫口而出:"這不是顯而易見的事實嗎?"在現如今很少人會去思考為什麼類似於這樣的結論會是正確的,然而在2000多年前就有這樣一個人,他將那些顯而易見的事實收集起來,並去探究背後的原理,通過系統而又嚴謹的證明與敘述方法告訴了世人為什麼這些事實會是正確的,這個人便是歐幾里得。

幾何學之父歐幾里得是如何影響世界的?

為什麼說歐幾里得是人類文明史上一顆璀璨明星?

(圖4《幾何原本》手稿)


歐幾里得在《幾何原本》中提出五大公設,通過公設與公理推出的定理,並由推出的定理繼而又推出了其他定理。公設與公理就是不證自明的事實,例如一條直線只要我們願意,我們就可以將它無限延長、所有的直角的角度都是相等的,這些都是不證自明的事實。通過不證自明的事實推導其他的事實,這個過程就像一個遊戲,遊戲創作者通過設定固定的規則與參數,遊戲玩家就可以通過這些既定的規則進而在遊戲裡面達到其他的成就。而在這個"幾何學"的遊戲當中,歐幾里得就如同遊戲創作者般的的存在,他巧妙地提出了五條公設,通過這些公設與既定公理我們得到其他得事實,並通過得到的事實我們又可以得到其他的事實,週而復始,我們就可以知道這個世界是如何運轉的,並且探索與預測未知的事物。


這是人類通過直觀的信息去獲得事實,轉而向通過嚴謹的邏輯思維去推理已知與未知的事實的重要轉折點之一。邏輯思維是所有學科的根基,神學與科學最大的區別之一就是科學是有邏輯思維在支撐著的,學科中所有的定律、定理都可以通過推理出來,而且這種通過正確的邏輯方法推理出來的事實往往是無懈可擊的,是經得起時間的考驗,並能在時光史作為一種永恆的存在,被人們所讚頌與信仰。


歐幾里得對於世界的貢獻不只是給出了一系列問題的證明,而是存在於這些證明的思想與總體的思想框架可以作為一個模板的存在,當我們在探索大自然其他的規律、創造不同的學科我們總可以依照這個模板去思考,從而快速而又系統地建立一個不同的學科。同時我們在這個框架體系中建立的不同學科不是相互獨立的,而是作為認識這個世界不同的手段,同時又相互聯繫,相互影響。

歐幾里得邏輯思想影響著每個人

對於每個中國學生而言,在我們上小學起,我們就不可避免的要學習有關於幾何的知識。最初我們通過幾何知識來塑造一個系統的邏輯思維方法,用嚴謹的邏輯去證明幾何學上一個個的問題,在證明的過程中,我們感受到了人性的理性之美以及邏輯對於人的生活的影響。

運用邏輯所證明出來的結論往往是具有極大的說服性的,正如歐幾里得在《幾何原本》中給出一個個證明,在上千年的過程中,它說服了一個個求知者,對於當代每個人而言,我們更是利用理性的思維方法去探索未知,追求人生境界的突破。


為什麼說歐幾里得是人類文明史上一顆璀璨明星?

(圖5 數學課本上常見的幾何圖形)


結語:

歐幾里得作為幾何學知識的集大成者,第一次將離散的幾何知識系統地整合在一起,構造了幾何學知識體系,讓我們不禁感嘆2000多年前古人的智慧以及對世界的深刻思考,

迄今為止,我們仍然做著和歐幾里得一樣的事情,不斷整合離散的知識與事實,並用極其嚴謹的思維方法去構建不同知識、不同體系之間的聯繫。這也是我們科學能夠以肉眼可見的速度不斷更新我們所生活的世界,並讓我們體會到宇宙的奧妙與造物者的智慧。

可以說歐幾里得給人類歷史上劃上了色彩濃厚的一筆,並使我們從他的著作中感受人類理性之美,邏輯之美,激勵著一代又一代的科學家探索自然的樂趣。


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